衬砌工程中混凝土板短时间内发生破坏的原因分析

冯德传 方 丽

(1.莒南县涝坡水利服务中心，山东 莒南 276600;2.莒南县岭泉水利服务中心，山东 莒南 276600)

山东地区属于我国弱硫酸盐地区，土壤和水中的硫酸盐浓度比较低，在明渠进行预制板(简称“混凝土板”)衬砌的设计和配制混凝土过程中一般不会考虑土壤和水中的硫酸盐对混凝土本身的侵蚀影响。但是在鸡龙河综合治理项目中，部分重力流明渠渠道衬砌工程出现了混凝土板经过一个冬季就发生快速破坏的现象。在鲁西南地区进行明渠衬砌施工中，发生水工混凝土板短时间出现如此严重的破坏现象非常少见，需要对破坏情况进行系统的研究分析，查找出原因，以便采取相应的有效措施，确保工程质量。问题发生后，首先对渠道输送水体进行多点取样送专业检测机构进行检验检测，检测报告排除了水质对混凝土板的腐蚀影响，因此需要从混凝土板的原材料质量、施工工艺、周围环境等施工因素再进行一一排查。

鸡龙河发源于临沂市涝坡镇鸡山南麓，汇入沭河，全长37.9km，流域面积307.5km2。近年来，临沂市下大力气对鸡龙河流域进行综合治理[1]。根据规划，临沂市投资2.1亿元把鸡龙河打造成“一河两翼”城市核心区域，助力构建以生态为基础，以水为主题，以防洪、旅游观光为内涵，集旅游、观光、休闲于一体的大型生态湿地。在鸡龙河综合治理项目中需要对部分渠道采用六边形混凝土预制板和现浇混凝土进行衬砌处理，其渠道衬砌施工断面见图1。

图1 重力流明渠渠道衬砌施工断面图(高程单位：m；尺寸单位：mm)

该衬砌渠道属于无压力的重力流盖板明渠，在工程建设进程中，个别标段衬砌完成，在经历第一个冬季后陆续发现部分混凝土预制板出现龟裂、脱皮，甚至崩解破碎，其强度完全丧失；现浇混凝土齿墙开裂崩解，强度完全丧失，并伴有白色溶出物；分水闸混凝土根部和生产桥桥墩根部均发生脱皮、剥蚀破坏。下游现浇混凝土衬砌也在水位变幅区发生严重的脱皮现象，戗台上铺设的花砖也有破碎崩解，强度丧失的情况。

1 原材料质量问题分析

该混凝土板抗渗抗冻等级分别为P8和F200，渠道使用的混凝土板设计标准为C30，分水闸混凝土设计标准为C25，所用水泥、中砂、石子、粉煤灰、外加剂等原材料均具有相应的合格证，并经第三方检测部门取样送检也都满足质量要求。

2 混凝土预制板与现浇混凝土质量分析

混凝土的耐久性主要受混凝土预制板的生产质量以及现浇混凝土衬砌施工质量这两方面的直接影响。因此，需要从混凝土的生产和施工环节、自身强度等级、抗冻等级等方面进行检查检测，看其是否满足设计标准和质量要求。在混凝土板出现损坏标段和相应的预制厂各随机抽取1块和2块混凝土预制板，用回弹法检测其抗压强度，并将其切割成6cm×6cm×15cm长方体条块，一起在试验室内进行混凝土的抗冻融试验。其检测结果见表1。

表1 强度及冻融检测结果表

分析混凝土预制板原材料、施工工艺及现浇混凝土的检测结果可知，预制板的抗压强度和抗冻等级都达到了设计要求，试块经冻融150个循环后，外观无任何变坏，虽然时间短，但是可以排除一个冬季对混凝土产生冻融破坏的可能。

3 混凝土环境介质分析

3.1 混凝土侵害物成分确定

通过对破坏混凝土板观察发现混凝土板的骨料颗粒周围偶尔能够看到一些孔隙和裂缝，而且在这些孔隙和裂缝周围均存在灰白色的溶出物，将白色的溶出物送实验室利用RM-1000型激光共聚焦拉曼光谱仪进行检测，并对混凝土破碎残体成分进行分析，来确定产生了腐蚀破坏的混凝土含有何种腐蚀性介质。在混凝土现浇齿墙、六边形混凝土预制板残体各取一个样本，进行室内分析试验。其试验结果见表2、表3。

表2 混凝土现浇齿墙破碎体检测结果

表3 六边形混凝土预制板检测结果对比

3.2 破坏因素确定

周围环境中对混凝土衬砌可能产生腐蚀破坏的环境介质无非两种：土壤和地下水。因此，需要对出现混凝土破坏的渠段内的土壤和地下水进行取样，送专业检测公司进行混凝土腐蚀性的物质和含量的试验检测，通过试验检测确定地下水和土壤对混凝土的腐蚀性等级。检测结果见表4、表5。

表4 土样检测结果(烘干消解后检验)

表5 水样检测结果

4 结 论

水位变幅区腐蚀较为明显主要是受到干湿交替循环的影响，因存在毛细现象，当混凝土被浸湿后，侵蚀性介质随着水进入混凝土内部，当干燥后，又反向转移到混凝土表面，如此反复循环，再加上环境温差影响，必然加速加重腐蚀过程，所以在水位变幅区上下约30cm范围腐蚀破坏最为严重。

水化反应良好的混凝土pH值一般在12.5以上，理论上一般混凝土处于pH值小于12.5的环境中，都可能因为碱度降低导致凝胶性水化产物失去稳定性，因而造成腐蚀破坏。而上述渠道中水的pH值在6.1左右，更加快加重了腐蚀破坏的速度和程度。

5 建 议

为防止再次出现类似的混凝土短时间内发生侵蚀问题，建议采取以下工程措施：

a.调整水灰比，增加抗渗性。抗渗性直接决定了混凝土的腐蚀破坏程度，而水胶比影响混凝土的抗渗性，混凝土中存在的毛细孔对腐蚀的速率有较大影响，水灰比越大，混凝土的毛细孔率越大，侵蚀性介质进入混凝土内部的概率越大，混凝土越容易受到腐蚀。因此，调整水灰比不超过0.4，以减少地下水对混凝土的渗透腐蚀。

c.使用高效减水剂，可使普通混凝土抵抗一定浓度的硫酸盐腐蚀。高效减水剂和粉煤灰通过与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，消耗了易受硫酸盐侵蚀的氢氧化钙，并生成化学性质较稳定的C-S-H，从而提高了混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。